JP4028332B2 - Light intensity modulator - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、WDMシステムなどの光通信システムに用いられる光送信装置内の光強度変調装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
光通信装置に用いられる外部変調器として光強度変調器がある。この光強度変調器には、たとえばLiNbO3を用いたマッハツエンダ型のLN変調器がある。図13は、LN変調器を用いた光送信装置の概要構成を示すブロック図である。図13において、LN変調器3は、光ファイバ2を介してレーザダイオード(LD)1に接続され、接続点P1を介して入力された光信号を、接続点P2を介して入力される、たとえば10Gbpsの電気信号S2によって強度変調する。強度変調された光信号は、接続点P3に接続された光ファイバ4を介して出力される。ここで、LN変調器3には、モニタフォトダイオード(PD)3aが設けられ、このモニタPD3aによってモニタされた信号S105をもとにバイアス電圧を制御するLN制御回路CCが設けられる。
【0003】
図14に示すように、LN変調器3は、光出力の電圧依存性として、cosの関数である変調曲線を描く。電気信号S2は、変調曲線Lの最大値と最小値との間を駆動電圧Vπとして印加する。この場合に電気信号S2には、変調曲線Lの最大値と最小値との間の中点を駆動点Popとすべくバイアス電圧Vbが印加される。なお、このバイアス電圧Vbは小さい方が好ましい。
【0004】
ところが、LN変調器3の特性として、このバイアス電圧Vbは、温度による熱ドリフトと経時によるDCドリフトが生じ、その結果、動作点Popが変調曲線Lの中点から光出力方向(上下方向)にシフトしてしまい、効率的な変調動作ができなくなる。このため、動作点Popが変調曲線Lの最大値と最小値との中点に位置するように、上述したLN制御回路CCを用いてバイアス電圧Vbのフィードバック制御を行う。たとえば、LN制御回路CCは、変調曲線Lが電圧の高い方に移動した場合に、ドリフトした分、バイアス電圧Vbを高くし、ドリフトした変調曲線LDの最適な動作点Pop´に位置させるバイアス電圧Vb´に補正する制御を行う。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のLN制御回路CCでは、モニタPD3aが検出したDC電圧値をもとに現在のバイアス電圧Vbを直接求めるようにしているため、光レベル変動があると、バイアス電圧制御を誤ってしまうという問題点があった。
【0006】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、簡易な構成で、変調曲線Lのドリフト値を精度高く求め、精度の高い最適バイアス電圧値に制御することができる光強度変調装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項1にかかる光強度変調装置は、入力された電気信号によって入力された光信号を強度変調し、強度変調された光変調信号を外部出力するとともに、該光変調信号をモニタするモニタ光検出器を有した光強度変調器と、前記電気信号のバイアス電圧を出力するバイアス電圧印加手段と、所定基本周波数のパイロット信号を生成するパイロット信号出力手段と、前記バイアス電圧と前記パイロット信号とを重畳し前記光強度変調器に印加する重畳手段と、前記モニタ光検出器が検出した光変調信号の前記所定基本周波数成分および前記所定基本周波数の2倍高調波成分を取り出すフィルタと、前記フィルタから出力された所定基本周波数成分に対する前記2倍高調波成分の比を演算し、この演算結果をもとに前記光強度変調器の変調曲線のドリフトを求め、該ドリフトを相殺する前記バイアス電圧を前記バイアス電圧印加手段に生成させる制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【0008】
請求項1の発明によれば、重畳手段が、バイアス電圧印加手段が出力した電気信号のバイアス電圧とパイロット信号出力手段が出力した所定基本周波数のパイロット信号とを光強度変調器に出力し、フィルタがモニタ光検出器によって検出された光変調信号から該光変調信号の前記所定基本周波数成分および前記所定基本周波数の2倍高調波成分を取り出し、制御手段が、前記フィルタから出力された所定基本周波数成分に対する前記2倍高調波成分の比を演算し、この演算結果をもとに前記光強度変調器の変調曲線のドリフトを求め、該ドリフトを相殺する前記バイアス電圧を前記バイアス電圧印加手段に生成させるようにしている。
【0009】
また、請求項2にかかる光強度変調装置は、上記の発明において、前記パイロット信号に同期させて前記フィルタから出力された信号をサンプリングするサンプリング手段を備え、前記制御手段は、前記サンプリング手段が出力したサンプリング値をもとに前記バイアス電圧の制御を行うことを特徴とする。
【0010】
また、請求項3にかかる光強度変調装置は、上記の発明において、前記制御手段は、前記2倍高調波成分の振幅値の符号の正負をもとに前記ドリフトの方向を判定し、該ドリフトが零になるように前記バイアス電圧を制御することを特徴とする。
【0011】
また、請求項4にかかる光強度変調装置は、上記の発明において、前記制御手段は、前記フィルタの位相特性によって生じる前記所定基本周波数成分の位相と前記2倍高調波成分の位相との位相ずれを補正して前記バイアス電圧を制御することを特徴とする。
【0012】
また、請求項5にかかる光強度変調装置は、上記の発明において、前記フィルタの位相特性によって生じる前記所定基本周波数成分の位相と前記2倍高調波成分の位相との位相ずれを補正する移相器を前記フィルタの後段に設けたことを特徴とする。
【0013】
また、請求項6にかかる光強度変調装置は、上記の発明において、前記制御手段は、前記モニタ光検出器から当該制御手段に入力されるまでの間の前記所定基本周波数成分の位相と前記2倍高調波成分の位相との位相ずれに対応した演算処理を行う複数の位相領域を設け、前記位相ずれの位置に対応した位相領域の演算処理によって前記ドリフトの方向を判定することを特徴とする。
【0014】
また、請求項7にかかる光強度変調装置は、上記の発明において、前記制御手段は、前記モニタ光検出器から当該制御手段に入力されるまでの間の前記所定基本周波数成分の位相と前記2倍高調波成分の位相との位相ずれに対応した演算処理を行う複数の位相領域を重複して設け、前記位相ずれの位置に対応した位相領域毎の演算処理を行い、各演算処理結果をもとに前記ドリフトの方向を判定することを特徴とする。
【0015】
また、請求項8にかかる光強度変調装置は、上記の発明において、前記制御手段は、重複する位相領域間の各演算処理結果に重み付けをして前記ドリフトの方向を判定することを特徴とする。
【0016】
また、請求項9にかかる光強度変調装置は、上記の発明において、前記制御手段は、前記モニタ光検出器の配置位置によって生じる前記モニタ光検出器が検出する光変調信号と前記光強度変調器から外部に出力される光変調信号との相対ドリフトを前記ドリフトに加えて制御することを特徴とする。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる光強度変調装置について説明する。図1は、この発明の実施の形態である光強度変調装置を含む光送信装置の概要構成を示すブロック図である。図1において、この光送信装置は、LN変調器3とLN制御回路5とからなる光強度変調装置を有し、LN変調器3は、接続点P1を介して接続された光ファイバ2に接続されるとともに、接続点P3を介して光ファイバ4に接続される。
【0018】
LN変調器3は、図12に示したLN変調器3と同じであり、LiNbO3を用いたマッハツェンダ型の光強度変調器である。LN変調器3には、接続点P2を介してたとえば10Gbpsの電気信号S2が入力され、LN変調器3は、光ファイバ2に接続されたLD1から送信される光信号S1を電気信号S2によって強度変調し、この変調された光信号S3を光ファイバ4に出力する。
【0019】
LN変調器3は、強度変調時における漏れ光信号をモニタするモニタPD3aを有するとともに、LN制御回路5に接続され、モニタPD3aが検出した信号S5は、接続点P5,P7を介してLN制御回路5側に出力される。一方、制御されたバイアス電圧Vbと変調曲線Lのドリフトを検出するためのパイロット信号Vaとが重畳された信号S4は、接続点P6,P4を介してLN変調器3側に出力される。
【0020】
LN制御回路5では、電流電圧変換部11が、接続点P7を介して入力された信号S5の電流値を電圧値に変換し、バンドパスフィルタ12が、この変換された電圧信号のうちのパイロット信号Va成分とこのパイロット信号Vaの2倍高調波成分とを通過させるフィルタリングをし、アンプ13に出力する。アンプ13は入力された信号を増幅し、ADコンバータ14に出力し、ADコンバータ14は入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換してコントローラCに出力する。
【0021】
コントローラCは、ADコンバータ14によってサンプリングされたデジタル信号の値をもとに、変調曲線Lのドリフトを検出し、このドリフトに対応したドリフト値を加味したバイアス電圧制御値をDAコンバータ15に出力する。DAコンバータ15から出力されたバイアス電圧制御値のアナログ値はアンプ16を介してバイアス電圧Vbとして加算器20に出力される。一方、発振器としてのシンセサイザ17からは1kHzの正弦波であるパイロット信号Vaが出力され、アンプ18を介して所定値に増幅された後に加算器20に出力される。なお、シンセサイザ17から出力された、たとえば1kHzのパイロット信号はコンパレータ19を介してパイロット信号の同期信号が生成され、コントローラCに出力される。コントローラCは、コンパレータ19から入力された同期信号をもとに、上述したADコンバータ14のサンプリング制御を行うとともに、DAコンバータ15の制御を行う。加算器20は、上述したバイアス電圧Vbとパイロット信号Vaとを加算重畳し、信号S4として接続点P6,P4を介してLN変調器3側に出力される。
【0022】
ここで、コントローラCによるパイロット信号Vaを用いたバイアス電圧制御動作について説明する。なお、変調曲線Lのドリフト値を「V0」とし(図14参照)、パイロット信号Vaの周波数を「fp」とする。したがって、パイロット信号Vaは、Vp・sin(2π・fp・t)となる。また、制御電圧「Vπ」の値を「1」とする。この場合、バンドパスフィルタ12から出力される信号Sは、Cfを定数として、
S=Cf・sin(2π・fp・t)
+0.25・Cf・π2・(Vb+V0)・Vp・cos(4π・fp・t)・・・(1)
として表せる。式(1)右辺の第1項は、周波数fp成分(基本波成分)の正弦波であり、第2項は、基本波fp成分の2倍高調波(2fp)成分の余弦波である。
【0023】
ここで、基本波fp成分に対する2倍高調波2fp成分の比αは、
α=0.25・π2・(Vb+V0)・Vp ・・・(2)
となる。なお、式(2)において制御電圧Vπが「1」でない場合には、比αは式(2)に示した比αを制御電圧Vπの値で除算した値となる。この比αの(Vb+V0)依存性は、図2に示すように、(Vb+V0)が0近傍で急激に小さくなる特性を呈し、コントローラCは、比αを求めることによって、(Vb+V0)の値を求めることができる。
【0024】
たとえば、図3に示すように、2倍高調波2fpに対応させて、基本波fpの1周期に対してADコンバータ14が8つのサンプリング点SP0〜SP7でサンプリングし、各サンプリング点SP0〜SP7に対応したサンプリング値をそれぞれサンプリング値x(0)〜x(7)とすると、基本波fp成分β1は、
β1=0.5√((x(0)−x(4))2+(x(2)−x(6))2)・・・(3)
として求めることができ、2倍高調波2fp成分β2は、
β2=0.25√(((x(0)−x(2)+x(4)−x(6))2
+(x(1)−x(3)+x(5)−x(7))2) ・・・(4)
として求めることができる。ここで、パイロット信号Vaの振幅Vpは既知であるので、式(2)〜(4)を用いて比αを求めることができ、(Vp+V0)の値を最終的に求めることができる。
【0025】
ここで、LN制御回路5の電源投入時においてはバイアス電圧Vb=0であるため、コントローラCが算出する(Vb+V0)=V0によって初期のドリフト値V0を知ることができる。したがって、コントローラCは、DAコンバータ15に対して、このドリフト値V0を相殺すべき初期のバイアス電圧Vb=−V0を与える。コントローラCは、その後のドリフト値V0を相殺すべく、(Vb+V0)の値が0となるバイアス電圧Vbを印加する制御を行うことになる。この場合、図2に示すように、(Vb+V0)は0において比αが急激に小さくなるため、ドリフトを補正するバイアス電圧Vbを精度高く与えることができる。
【0026】
ところで、電源投入時においてドリフト値V0の絶対値を知ることができるが、式(3)および式(4)は、平方根の計算であるため、新規のドリフト値V0の正負は未知である。しかし、図3において、基本波fpのゼロクロス時に、正の値のドリフト値をもつ2倍高調波2fpの値の符号と、負の値のドリフト値をもつ2倍高調波2fp´の値の符号とが反転しており、この関係をもとにドリフト値V0の正負を判定することができる。すなわち、サンプリング値x(0),x(2),x(4),x(6)を用いた値γによって正負を判定することができる。
γ=x(0)−x(2)+x(4)−x(6) ・・・(5)
この値γが正のとき、ドリフト値V0は正であるので、このドリフト値V0を相殺するため、コントローラCはバイアス電圧Vbを負の値としてDAコンバータ15に出力し、値γが負のとき、ドリフト値V0は負であるので、このドリフト値V0を相殺するため、コントローラCはバイアス電圧Vbを正の値としてDAコンバータ15に出力する。
【0027】
換言すると、式(1)に対応した信号Sは、S=Asin(2πfpt)+Bcos(2π2fpt)と置き換えることができ、この実施の形態では、2倍高調波成分の振幅値Bの符号の正負によってドリフトずれの方向を判定するようにしている。
【0028】
この実施の形態では、パイロット信号Vaを生成し、変調曲線Lの非線形によって生じる2倍高調波2fpのサンプリング値をもとにドリフト値V0を大きさと正負とを判定し、このドリフト値V0を補正したバイアス電圧を生成するようにしているので、精度の高い動作点制御を行うことができる。
【0029】
ところで上述した実施の形態においてバンドパスフィルタ12を図4に示すようなアナログフィルタで実現する場合、アナログフィルタ通過時に位相回転が生じ、アナログフィルタの位相特性の周波数依存性によって、基本波fpと2倍高調波2fpとの位相ずれが生じる(図5(b)参照)。なお、図5(a)は、アナログフィルタが理想的な場合であって、位相ずれが生じない場合における基本波fpと2倍高調波2fpとの関係を示している。ここで、たとえば、基本波fpが1kHzであって、2倍高調波2fpが2kHzである場合、図5に示したサンプリング点A1では、図6に示すように、基本波fpの位相点m1(−162°)と2倍高調波2fpの位相点m2(147°)との間に位相ずれが生じる。したがって、図7に示すように、この既知の位相ずれを相殺する移相器12aをバンドパスフィルタ12の後段に設けることが好ましい。ただし、この既知の位相ずれの値が、上述したドリフト値V0の正負判定に影響を及ぼさない程度の値であれば、移相器を設ける必要はない。
【0030】
あるいは、上述した位相器12aを設けずに、コントローラCが基本波fp成分と2倍高調波2fp成分との間に位相ずれを加えて演算するようにしてもよい。たとえば、上述した信号Sは、S=Asin(2πfpt)+Bcos(2π2fpt)と表すことができるが、基本波成分の位相をφ1、2倍高調波成分の位相φ2とすると、コントローラCは、信号S=Asin(2πfpt+φ1)+Bcos(2π2fpt+φ2)として演算すればよい。
【0031】
上述したドリフト値V0の正負の判定処理の第1の方法としては、図8に示すように、位相領域を区分し、各区分(領域E1〜E4)に応じた正負の判定処理を行う。たとえば、位相ずれが−π/4〜π/4である場合(領域E1)には、値γが正のときドリフト値V0が正と判定し、値γが負のときドリフト値V0が負と判定する。また、位相ずれがπ/4〜3π/4である場合(領域E2)には、値γ2として、
γ2=−x(1)+x(3)−x(5)+x(7) ・・・(6)
を用い、値γ2が正のときドリフト値V0を正と判定し、値γ2が負のときドリフト値V0を負と判定する。
【0032】
さらに、位相ずれが3π/4〜πおよび−πから−3π/4である場合(領域E3)には、値γが正のときドリフト値V0を負と判定し、値γが負のときドリフト値V0を正と判定する。また、位相ずれが−π/4〜−3π/4である場合(領域E4)には、値γ2が正のときドリフト値V0を負と判定し、値γ2が負のときドリフト値V0を正と判定する。これによって、全ての位相ずれの領域において、コントローラCは位相ずれを加味したドリフト値V0の正負判定を行うことができる。
【0033】
また、ドリフト値V0の正負の判定処理の第2の方法としては、図9に示すように、重複を許して位相領域を区分し、位相ずれの値に対応した2つの位相領域(領域E11〜E14)の各判定結果によって正負判定を行う。なお、領域E11〜E14の正負判定は、領域E1〜E4の各正負判定と同じである。たとえば、位相ずれが0〜π/2である場合、領域E11,E12の判定結果を用いて正負判定する。また、位相ずれがπ/2〜πである場合、領域E12,E13の判定結果を用いて正負判定する。さらに、位相ずれが0〜−π/2である場合、領域E11,E14の判定結果を用いて正負判定する。また、位相ずれが−π/2〜−πである場合、領域E13,E14の判定結果を用いて正負判定する。ここで、判定結果をもとに正負判定するとは、たとえば2つの判定結果が一致した場合のみ正しい正負判定結果であるとコントローラCが認識することである。
【0034】
また、ドリフト値V0の正負の判定処理の第3の方法としては、第2の方法において2つの位相領域の各判定結果に重み付けを行うようにしている。たとえば、位相ずれが−π/4(点P10)である場合、すなわち図10(a)に示した位相ずれのない状態から図10(b)に示した−π/4の位相ずれが生じた場合、領域E11と領域E14の各判定結果にcos(45°)とsin(45°)とをそれぞれ乗算して重み付けを行い、この結果をもとに正負判定を行う。
【0035】
また、この他の問題として上述した実施の形態のモニタPD3aは、LN変調器3内に設けるようにし、図11に示すように、マッハツェンダ型のY結合部PYから漏れる光41を検出しているが、モニタPD3aは、Y結合部PYの後段に設けられた光出射導波路40から漏れる光42をも検出してしまう。ここで、Y結合部PYから光が漏れる場合は、光信号S3がオフの時であり、モニタPD3aはこの光信号S3とは逆相の光を検出することになる。これに対して、光量としては少ない光出射導波路40から漏れる光42は、光信号S3がオンの時に漏れ、光信号S3と同相の光である。このため、光42が光41に干渉し、モニタPD3aが検出する信号に位相ずれが生じる。この位相ずれは、モニタPD3aの配置位置のばらつきによって変化する。
【0036】
図12は、バイアス電圧に対する光出力PoとモニタPD3aが検出するモニタ電流出力Imとの位相関係を示す図である。図12(a)は、位相ずれがない場合の光出力Poとモニタ電流出力Imとの位相関係を示している。この場合、コントローラCは、モニタ電流出力の最大値Immaxと最小値Imminとの中点位置Pcになるように(Vp+V0)=0となる制御を行う。一方、図12(b)は、位相ずれが生じた場合の光出力Poとモニタ電流出力Imとの位相関係を示している。この場合においても、中点位置PcになるようにコントローラCは(Vp+V0)=0となる制御を行うが、このときのバイアス電圧は、光出力Poの中点位置に対応せず、ΔVの位相ずれが生じており、最適な動作点となるバイアス電圧が印加されていない。この位相ずれを加味した場合、バイアス電圧は光出力Poの中点位置Pc´にシフトさせる必要がある。この場合コントローラCは、位相ずれΔVを既知のドリフト値として、(Vp+V0)=Cnt(一定値)となる制御を行えばよい。
【0037】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、重畳手段が、バイアス電圧印加手段が出力した電気信号のバイアス電圧とパイロット信号出力手段が出力した所定基本周波数のパイロット信号とを光強度変調器に出力し、フィルタがモニタ光検出器によって検出された光変調信号から該光変調信号の前記所定基本周波数成分および前記所定基本周波数の2倍高調波成分を取り出し、制御手段が、前記フィルタから出力された所定基本周波数成分に対する前記2倍高調波成分の比を演算し、この演算結果をもとに前記光強度変調器の変調曲線のドリフトを求め、該ドリフトを相殺する前記バイアス電圧を前記バイアス電圧印加手段に生成させるようにしているので、簡易な構成でドリフトの補正を精度の高く行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態である光強度変調装置を含む光送信装置の概要構成を示すブロック図である。
【図2】パイロット信号である基本波に対する2倍高調波の比の(Vb+V0)依存性を示す図である。
【図3】基本波と2倍高調波の波形図である。
【図4】バンドパスフィルタの一例を示す回路図である。
【図5】バンドパスフィルタによる位相ずれが生じた場合を示す波形図である。
【図6】バンドパスフィルタによる位相の周波数依存性を示す図である。
【図7】バンドパスフィルタの位相ずれを相殺する移相器を含む光送信装置の概要構成を示すブロック図である。
【図8】位相ずれに対応した正負判定のための領域区分の一例を示す図である。
【図9】位相ずれに対応した正負判定のための領域区分の一例を示す図である。
【図10】位相ずれの一例を示す波形図である。
【図11】モニタPDによる光検出の状態を示す説明図である。
【図12】バイアス電圧に対する光出力とモニタPDが検出するモニタ電流出力との位相関係を示す図である。
【図13】従来の光送信装置の概要構成を示すブロック図である。
【図14】図13に示した光送信装置のバイアス制御を説明する説明図である。
【符号の説明】
1 レーザダイオード(LD)
2,4 光ファイバ
3 LN変調器
3a モニタPD
5 LN制御回路
11 電流電圧変換部
12 バンドパスフィルタ
12a 移相器
13,16,18 アンプ
14 ADコンバータ
15 DAコンバータ
17 シンセサイザ
19 コンパレータ
20 加算器
40 光出射導波路
41,42 光
C コントローラ
PY Y結合部
P1〜P7 接続点[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a light intensity modulation device in an optical transmission device used in an optical communication system such as a WDM system.
[0002]
[Prior art]
There is a light intensity modulator as an external modulator used in an optical communication apparatus. As this light intensity modulator, for example, there is a Mach-Zehnder type LN modulator using LiNbO 3 . FIG. 13 is a block diagram showing a schematic configuration of an optical transmission apparatus using an LN modulator. In FIG. 13, an
[0003]
As shown in FIG. 14, the
[0004]
However, as a characteristic of the
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional LN control circuit CC described above, the current bias voltage Vb is directly obtained based on the DC voltage value detected by the
[0006]
In order to eliminate the above-described problems caused by the prior art, the present invention provides a light intensity modulation device capable of obtaining a drift value of the modulation curve L with high accuracy and controlling the bias voltage value with high accuracy with a simple configuration. The purpose is to provide.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems and achieve the object, a light intensity modulation apparatus according to claim 1 intensity-modulates an input optical signal by an input electric signal, and outputs the intensity-modulated light modulation signal to an external output. And a light intensity modulator having a monitor light detector for monitoring the light modulation signal, bias voltage applying means for outputting a bias voltage of the electric signal, and a pilot signal output for generating a pilot signal of a predetermined fundamental frequency Means for superimposing the bias voltage and the pilot signal and applying them to the light intensity modulator, and the predetermined fundamental frequency component and the predetermined fundamental frequency of the light modulation signal detected by the monitor photodetector. A filter that extracts the double harmonic component, and the ratio of the second harmonic component to the predetermined fundamental frequency component output from the filter are calculated. The results based on search of drift of the modulation curve of the light intensity modulator, characterized in that said bias voltage to offset the drift and a control means for generating said bias voltage applying means.
[0008]
According to the first aspect of the present invention, the superimposing means outputs the bias voltage of the electric signal output from the bias voltage applying means and the pilot signal of the predetermined fundamental frequency output from the pilot signal output means to the light intensity modulator, and the filter. Extracts the predetermined fundamental frequency component and the second harmonic component of the predetermined fundamental frequency from the optical modulation signal detected by the monitor photodetector, and the control means outputs the predetermined fundamental frequency output from the filter. The ratio of the second harmonic component to the component is calculated, the drift of the modulation curve of the light intensity modulator is obtained based on the calculation result, and the bias voltage that cancels the drift is generated in the bias voltage applying means I try to let them.
[0009]
According to a second aspect of the present invention, there is provided the light intensity modulation device according to the above invention, further comprising a sampling unit that samples the signal output from the filter in synchronization with the pilot signal, and the control unit outputs the sampling unit. The bias voltage is controlled based on the sampled value.
[0010]
According to a third aspect of the present invention, in the light intensity modulation device according to the above invention, the control means determines the direction of the drift based on the sign of the amplitude value of the second harmonic component, and the drift The bias voltage is controlled so that becomes zero.
[0011]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the light intensity modulation device according to the above invention, wherein the control means includes a phase shift between a phase of the predetermined fundamental frequency component and a phase of the second harmonic component caused by a phase characteristic of the filter. And the bias voltage is controlled.
[0012]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the optical intensity modulation device according to the above aspect, wherein the phase shift between the phase of the predetermined fundamental frequency component and the phase of the second harmonic component caused by the phase characteristic of the filter is corrected. A filter is provided in the subsequent stage of the filter.
[0013]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the light intensity modulation device according to the above invention, wherein the control means and the phase of the predetermined fundamental frequency component until the control light is input from the monitor light detector to the control means. A plurality of phase regions for performing a calculation process corresponding to the phase shift from the phase of the double harmonic component is provided, and the drift direction is determined by the calculation process of the phase region corresponding to the position of the phase shift. .
[0014]
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the light intensity modulation device according to the above invention, wherein the control means includes the phase of the predetermined fundamental frequency component until the control light is input from the monitor light detector to the control means. A plurality of phase regions that perform calculation processing corresponding to the phase shift with the phase of the double harmonic component are provided in an overlapping manner, and calculation processing is performed for each phase region corresponding to the position of the phase shift, and each calculation processing result is obtained. And determining the direction of the drift.
[0015]
The light intensity modulation device according to claim 8 is characterized in that, in the above invention, the control means determines the direction of the drift by weighting each calculation processing result between overlapping phase regions. .
[0016]
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided the light intensity modulation device according to the above invention, wherein the control means includes a light modulation signal detected by the monitor light detector generated by an arrangement position of the monitor light detector and the light intensity modulator. The relative drift with respect to the optical modulation signal output from the outside to the outside is controlled in addition to the drift.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A light intensity modulation device according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an optical transmission apparatus including an optical intensity modulation apparatus according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, this optical transmission device has a light intensity modulation device including an
[0018]
The
[0019]
The
[0020]
In the
[0021]
The controller C detects the drift of the modulation curve L based on the value of the digital signal sampled by the
[0022]
Here, the bias voltage control operation using the pilot signal Va by the controller C will be described. The drift value of the modulation curve L is “V0” (see FIG. 14), and the frequency of the pilot signal Va is “fp”. Therefore, the pilot signal Va is Vp · sin (2π · fp · t). The value of the control voltage “Vπ” is “1”. In this case, the signal S output from the
S = Cf · sin (2π · fp · t)
+ 0.25 · Cf · π 2 · (Vb + V0) · Vp · cos (4π · fp · t) (1)
It can be expressed as The first term on the right side of Equation (1) is a sine wave of the frequency fp component (fundamental wave component), and the second term is a cosine wave of the second harmonic (2fp) component of the fundamental wave fp component.
[0023]
Here, the ratio α of the second harmonic 2fp component to the fundamental wave fp component is
α = 0.25 · π 2 · (Vb + V0) · Vp (2)
It becomes. When the control voltage Vπ is not “1” in Expression (2), the ratio α is a value obtained by dividing the ratio α shown in Expression (2) by the value of the control voltage Vπ. As shown in FIG. 2, the dependence of the ratio α on (Vb + V0) exhibits a characteristic that (Vb + V0) decreases rapidly near 0, and the controller C obtains the value of (Vb + V0) by obtaining the ratio α. Can be sought.
[0024]
For example, as shown in FIG. 3, the
β1 = 0.5√ ((x (0) −x (4)) 2 + (x (2) −x (6)) 2 ) (3)
And the second harmonic 2fp component β2 is
β2 = 0.25√ (((x (0) −x (2) + x (4) −x (6)) 2
+ (X (1) −x (3) + x (5) −x (7)) 2 ) (4)
Can be obtained as Here, since the amplitude Vp of the pilot signal Va is known, the ratio α can be obtained using the equations (2) to (4), and the value of (Vp + V0) can be finally obtained.
[0025]
Here, since the bias voltage Vb = 0 when the
[0026]
By the way, although the absolute value of the drift value V0 can be known when the power is turned on, since the equations (3) and (4) are calculation of the square root, the sign of the new drift value V0 is unknown. However, in FIG. 3, at the time of zero crossing of the fundamental wave fp, the sign of the value of the second harmonic 2fp having a positive drift value and the sign of the value of the second harmonic 2fp 'having a negative drift value. Are inverted, and the sign of the drift value V0 can be determined based on this relationship. That is, the positive / negative can be determined by the value γ using the sampling values x (0), x (2), x (4), and x (6).
γ = x (0) −x (2) + x (4) −x (6) (5)
When this value γ is positive, the drift value V0 is positive. Therefore, in order to cancel this drift value V0, the controller C outputs the bias voltage Vb to the
[0027]
In other words, the signal S corresponding to the expression (1) can be replaced by S = Asin (2πfpt) + Bcos (2π2fpt). In this embodiment, the sign of the amplitude value B of the second harmonic component is determined by the sign. The direction of drift deviation is determined.
[0028]
In this embodiment, the pilot signal Va is generated, the drift value V0 is determined based on the sampling value of the second harmonic 2fp generated by the nonlinearity of the modulation curve L, and the magnitude and positive / negative are determined, and the drift value V0 is corrected. Therefore, the operating point control with high accuracy can be performed.
[0029]
Incidentally, when the
[0030]
Alternatively, the controller C may perform the calculation by adding a phase shift between the fundamental wave fp component and the second harmonic wave 2fp component without providing the
[0031]
As a first method for determining whether the drift value V0 is positive or negative, as shown in FIG. 8, the phase region is divided, and positive / negative determination processing corresponding to each division (regions E1 to E4) is performed. For example, when the phase shift is −π / 4 to π / 4 (region E1), the drift value V0 is determined to be positive when the value γ is positive, and the drift value V0 is negative when the value γ is negative. judge. When the phase shift is π / 4 to 3π / 4 (region E2), the value γ2 is
γ2 = −x (1) + x (3) −x (5) + x (7) (6)
When the value γ2 is positive, the drift value V0 is determined as positive, and when the value γ2 is negative, the drift value V0 is determined as negative.
[0032]
Further, when the phase shift is 3π / 4 to π and from −π to −3π / 4 (region E3), it is determined that the drift value V0 is negative when the value γ is positive, and the drift when the value γ is negative. The value V0 is determined to be positive. Further, when the phase shift is −π / 4 to −3π / 4 (region E4), the drift value V0 is determined to be negative when the value γ2 is positive, and the drift value V0 is positive when the value γ2 is negative. Is determined. As a result, in all phase shift regions, the controller C can make a positive / negative determination of the drift value V0 with the phase shift taken into account.
[0033]
As a second method for determining whether the drift value V0 is positive or negative, as shown in FIG. 9, the phase region is divided by allowing overlap, and two phase regions (regions E11 to E11 corresponding to the value of the phase shift). A positive / negative determination is made according to each determination result of E14). In addition, the positive / negative determination of area | regions E11-E14 is the same as each positive / negative determination of area | region E1-E4. For example, when the phase shift is 0 to π / 2, the positive / negative determination is made using the determination results of the regions E11 and E12. When the phase shift is π / 2 to π, the positive / negative determination is made using the determination results of the regions E12 and E13. Furthermore, when the phase shift is 0 to −π / 2, a positive / negative determination is made using the determination results of the regions E11 and E14. When the phase shift is −π / 2 to −π, positive / negative is determined using the determination results of the regions E13 and E14. Here, the positive / negative determination based on the determination result means that the controller C recognizes that the positive / negative determination result is correct only when, for example, two determination results match.
[0034]
As a third method for determining whether the drift value V0 is positive or negative, each determination result of the two phase regions is weighted in the second method. For example, when the phase shift is −π / 4 (point P10), that is, the phase shift of −π / 4 shown in FIG. 10B is generated from the state without the phase shift shown in FIG. 10A. In this case, each determination result of the region E11 and the region E14 is multiplied by cos (45 °) and sin (45 °), respectively, and weighted. Based on the result, positive / negative determination is performed.
[0035]
As another problem, the
[0036]
FIG. 12 is a diagram showing a phase relationship between the optical output Po with respect to the bias voltage and the monitor current output Im detected by the
[0037]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the superimposing means outputs the bias voltage of the electrical signal output from the bias voltage applying means and the pilot signal of the predetermined fundamental frequency output from the pilot signal output means to the light intensity modulator. The filter extracts the predetermined fundamental frequency component of the optical modulation signal and the second harmonic component of the predetermined fundamental frequency from the optical modulation signal detected by the monitor photodetector, and the control means outputs from the filter A ratio of the second harmonic component to a predetermined fundamental frequency component is calculated, a drift of the modulation curve of the light intensity modulator is obtained based on the calculation result, and the bias voltage that cancels the drift is applied to the bias voltage. Since it is made to produce | generate by a means, there exists an effect that correction | amendment of drift can be performed with high precision with a simple structure.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an optical transmission apparatus including an optical intensity modulation apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing (Vb + V0) dependency of a ratio of a second harmonic to a fundamental wave which is a pilot signal.
FIG. 3 is a waveform diagram of a fundamental wave and a second harmonic.
FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of a bandpass filter.
FIG. 5 is a waveform diagram showing a case where a phase shift occurs due to a bandpass filter.
FIG. 6 is a diagram illustrating frequency dependence of a phase by a bandpass filter.
FIG. 7 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an optical transmission device including a phase shifter that cancels a phase shift of a bandpass filter.
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a region division for positive / negative determination corresponding to a phase shift.
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of region division for positive / negative determination corresponding to a phase shift.
FIG. 10 is a waveform diagram showing an example of phase shift.
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a state of light detection by the monitor PD.
FIG. 12 is a diagram showing a phase relationship between an optical output with respect to a bias voltage and a monitor current output detected by a monitor PD.
FIG. 13 is a block diagram showing a schematic configuration of a conventional optical transmission apparatus.
14 is an explanatory diagram illustrating bias control of the optical transmission device illustrated in FIG. 13; FIG.
[Explanation of symbols]
1 Laser diode (LD)
2,4
5
Claims (8)
前記電気信号のバイアス電圧を出力するバイアス電圧印加手段と、
所定基本周波数のパイロット信号を生成するパイロット信号出力手段と、
前記バイアス電圧と前記パイロット信号とを重畳し前記光強度変調器に印加する重畳手段と、
前記モニタ光検出器が検出した光変調信号の前記所定基本周波数成分および前記所定基本周波数の2倍高調波成分を取り出すフィルタと、
前記フィルタから出力された所定基本周波数成分に対する前記2倍高調波成分の比を演算し、この演算結果をもとに前記光強度変調器の変調曲線のドリフトを求め、該ドリフトを相殺する前記バイアス電圧を前記バイアス電圧印加手段に生成させる制御手段と、
を備え、前記制御手段は、前記フィルタの位相特性によって生じる前記所定基本周波数成分の位相と前記2倍高調波成分の位相との位相ずれを補正して前記バイアス電圧を制御することを特徴とする光強度変調装置。A light intensity modulator having a monitor light detector for intensity-modulating the input optical signal by the input electric signal, outputting the intensity-modulated light modulation signal to the outside, and monitoring the light modulation signal;
Bias voltage applying means for outputting a bias voltage of the electric signal;
Pilot signal output means for generating a pilot signal of a predetermined fundamental frequency;
Superimposing means for superimposing the bias voltage and the pilot signal and applying them to the light intensity modulator;
A filter for extracting the predetermined fundamental frequency component and the second harmonic component of the predetermined fundamental frequency of the optical modulation signal detected by the monitor photodetector;
The bias that calculates the ratio of the second harmonic component to the predetermined fundamental frequency component output from the filter, obtains the drift of the modulation curve of the light intensity modulator based on the calculation result, and cancels the drift Control means for causing the bias voltage applying means to generate a voltage;
The control means corrects a phase shift between the phase of the predetermined fundamental frequency component and the phase of the second harmonic component caused by the phase characteristic of the filter, and controls the bias voltage. Light intensity modulator.
前記電気信号のバイアス電圧を出力するバイアス電圧印加手段と、 Bias voltage applying means for outputting a bias voltage of the electric signal;
所定基本周波数のパイロット信号を生成するパイロット信号出力手段と、 Pilot signal output means for generating a pilot signal of a predetermined fundamental frequency;
前記バイアス電圧と前記パイロット信号とを重畳し前記光強度変調器に印加する重畳手段と、 Superimposing means for superimposing the bias voltage and the pilot signal and applying them to the light intensity modulator;
前記モニタ光検出器が検出した光変調信号の前記所定基本周波数成分および前記所定基本周波数の2倍高調波成分を取り出すフィルタと、 A filter for extracting the predetermined fundamental frequency component and the second harmonic component of the predetermined fundamental frequency of the optical modulation signal detected by the monitor photodetector;
前記フィルタから出力された所定基本周波数成分に対する前記2倍高調波成分の比を演算し、この演算結果をもとに前記光強度変調器の変調曲線のドリフトを求め、該ドリフトを相殺する前記バイアス電圧を前記バイアス電圧印加手段に生成させる制御手段と、 The bias that calculates the ratio of the second harmonic component to the predetermined fundamental frequency component output from the filter, obtains the drift of the modulation curve of the light intensity modulator based on the calculation result, and cancels the drift Control means for causing the bias voltage applying means to generate a voltage;
を備え、前記フィルタの位相特性によって生じる前記所定基本周波数成分の位相と前記2倍高調波成分の位相との位相ずれを補正する移相器を前記フィルタの後段に設けたことを特徴とする光強度変調装置。 And a phase shifter for correcting a phase shift between the phase of the predetermined fundamental frequency component and the phase of the second harmonic component caused by the phase characteristic of the filter is provided in the subsequent stage of the filter. Intensity modulation device.
前記制御手段は、前記サンプリング手段が出力したサンプリング値をもとに前記バイアス電圧の制御を行うことを特徴とする請求項1または2に記載の光強度変調装置。Sampling means for sampling the signal output from the filter in synchronization with the pilot signal,
The control means, the light intensity modulator according to claim 1 or 2, characterized in that for controlling the bias voltage on the basis of the sampling values the sampling means is output.
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